5. Доменные чугуны

   1. Классификация чугунов по назначению.

Чугун - это сплав железа с углеродом, содержащий, кроме того, другие элементы (кремний, марганец, серу, фосфор, иногда хром, никель, титан, ванадий, медь, мышьяк кобальт и др.)

Содержание одних примесей в чугуне определяется составом шихтовых материалов, то есть зависит от их количества, вносимого шихтовыми материалами. Это касается марганца, фосфора, хрома, никеля.

Содержание других примесей в чугуне зависит от температурного и шлакового режима работы печи. Элементы в процессе доменной плавки перераспределяются между продуктами плавки - чугуном и шлаком. А степень перехода этих элементов из шихтовых материалов в металл зависит от условий протекания процесса. Это касается, прежде всего, кремния.

Содержание таких элементов как сера определяется как их количеством в шихтовых материалах, так и зависит от условий протекания процесса.

Таким образом, меняя условия протекания процесса и состав шихтовых материалов, можно обеспечить получение чугуна того или иного состава.

Требования, предъявляемые к составу чугуна (содержанию примесей), определяются его назначением. По своему назначению чугуны делятся на передельные, литейные и специальные.

• Основное количество чугунов, выплавляемых в доменных печах, относится к передельным чугунам. То есть чугунам, используемым для передела в сталь.

• Литейные чугуны являются готовым продуктом.

• Специальные чугуны (иначе, доменные ферросплавы) используются в качестве добавок разного назначения в сталеплавильном процессе.

2. Химический состав передельных, литейных и специальных чугунов.

   1. Передельные чугуны

В зависимости от содержания в чугуне основных примесей (кремний, марганец, фосфор и сера) различают следующие маркичугуна:

• П1, П2 -передельные чугуны;

• ПЛ1, ПЛ2 - передельные чугуны для литейного производства;

• ПФ1, ПФ2, ПФ3 - передельные фосфористые чугуны;

• ПВК1, ПВК2, ПВК3 - передельные высококачественные чугуны.

Кроме этого, в зависимости от содержания марганца, различают 4 группычугунов, фосфора - 3класса, серы - 5категорий.

Полная характеристика химического состава чугуна включает в себя название марки, группы, класса и категории.

Рассмотрим химический состав передельного чугуна среднего качества:

Si, %	Mn, %	P, %	S, %
0,2…0,9	0,5…1,5	до 0,3	до 0,06

Оценивая в целом химический состав передельного чугуна, необходимо отметить следующее. Передельные чугуны предназначены для дальнейшего передела чугуна в сталь. Поэтому, химический состав чугуна определяется требованиями, особенностями сталеплавильного процесса.

Сталеплавильный процесс практически не может бороться с серой. Основное отличие стали от чугуна заключается в содержании углерода. Поэтому сущностью любого передела чугуна в сталь является удаление углерода. При любом сталеплавильном переделе углерод окисляют. Сталеплавильный процесс является окислительным процессом.

При выжигании углерода наряду с окислением примесей происходит окисление кремния, марганца и в небольшом количестве – железа. В виде оксидов элементы переходят в шлак. В результате образуются железистые шлаки – шлаки с повышенным содержанием закиси железа. Теория объясняет, а практика подтверждает, что железистые шлаки крайне затрудняют удаление серы из металла.

Поэтому характерной особенностью химического состава всех передельных чугунов является низкое содержание серы.

В зависимости от способа передела в сталь, предъявляются различные требования к содержанию в чугуне других элементов.

Переработка чугуна в кислородных конвертерах позволяет удалять такую вредную примесь как фосфор, придающему металлу хладноломкость (трещины на морозе). Фосфор в данном процессе используется в качестве дополнительного источника тепла, при его окислении выделяется тепло. Для удаления фосфора необходимо наводить основные шлаки, то есть шлаки с повышенным содержанием основных оксидов и, следовательно, пониженным содержанием кислых оксидов, в данном случае оксидов кремния. Таким образом, переработка чугуна в кислородных конвертерах требует низкого содержания кремния.

В мартеновских печах можно переделывать в сталь практически любые чугуны. Но при большом содержании кремния и фосфора процесс затягивается и удорожается. Поэтому содержание этих элементов в чугунах ограничивают средними значениями.

Содержание марганца в передельных чугунах не лимитируется. Марганец способствует процессам удаления серы.

Передельные чугуны для литейного производства характеризуются повышенным содержанием кремния (до 1,2%).

Передельные фосфористые чугуны отличаются повышенным содержанием кремния (до 1,2%) и высоким содержанием фосфора (до 2%).

Передельные высококачественные чугуны имеют низкое содержание таких примесей как сера и фосфор (Sдо 0,025%, P до 0,05%)